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科学家发现迄今最大黑洞合并 LIGO实验已探测到11个引力波宇宙事件

2018-12-06 09:31来源:《中国科学报》

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  LIGO 科学家发现了更多引力波。图片来源:David Ryder

  天文学家日前宣布了一系列有关引力波的新发现。

  这些成果包含4个在2017年发现但未披露的黑洞合并事件,其中一个为迄今为止最大的此类合并事件,由此产生了一个质量超过太阳80倍的黑洞。

  相关研究发表在激光干涉引力波天文台(LIGO)合作网站上,并于12月3日出现在arXiv储存库中。

  LIGO于2015年首次对源自一次黑洞合并事件的引力波进行了历史性观测,此后还报道了其他一些产生引力波的事件。最新公布的数据显示,总共涉及10次黑洞合并以及两颗中子星碰撞事件。后者同时也被从射电望远镜到天基伽马射线望远镜等一系列其他仪器观测到,从而有助于解开一系列宇宙之谜。

  所有这11个事件都被LIGO位于美国路易斯安娜州和华盛顿州的两个干涉仪观测到,其中两个事件也被敏感性稍弱的意大利Virgo天文台观测到。

  这些天文台在2017年8月取得了一系列令人震惊的成果——除了中子星,它们在这个月还观测到4次黑洞合并。Virgo天文台在8月14日完成了它的第一次探测,并为8月17日的中子星搜索贡献了数据,之后在8月18日又看到了另一次黑洞合并。“然后我的雪茄就抽完了。”荷兰阿姆斯特丹市国家核与高能物理研究所物理学家、Virgo合作项目发言人Jo van den Brand说。

  为了编制这份目录,国际LIGO-Virgo合作项目重新分析了其在2015年和2016年初进行第一次实时监测时获得的事件数据,以及从2016年底开始、到2017年结束的第二次实时监测得到的事件数据。

  特别需要指出的是,改进的数据分析技术使该团队能够将2015年10月发生的一个事件重新归类为一次真正的黑洞合并——距离LIGO于9月14日的首次探测还不到一个月。此前,研究人员只是将其描述为一个“候选”事件。

  该研究团队还进行了一次“离线”分析,并发现了之前从未发现的事件。德国汉诺威市马克斯·普朗克引力物理研究所物理学家Karsten Danzmann说:“我们决定等到离线分析完成后,一口气公布所有的黑洞。”

  离线分析的结果包括这个质量为太阳80多倍的怪物,根据日期被命名为GW170729。研究人员对于这一发现的自信要低于其他发现,但他们依然决定将其列入目录。“GW170729仍然很可能是一个真实的事件。”并未参与该合作项目的美国马里兰大学帕克分校天体物理学家Cole Miler说。

  除了这11起事件外,该目录还首次披露了十几起“边际”诱因。这些事件都是由至少两个干涉仪记录下来的信号,但研究人员并没有足够的信心将其列为一个可能的天体物理事件。

  LIGO-Virgo程序上的变化放松了被合作项目视为事件的标准,也放松了实时披露事件的标准。Miller表示,这可能对天文学团体的其他成员有好处。“这意味着他们会有更多的机会跟进。”

  Jo van den Brand表示,研究团队急于完成这项工作,以便将精力集中在预计于2019年3月开始的第三次观测上。自2017年9月以来,这3个探测器一直在进行升级,最终它们的整体灵敏度应该会提高1倍左右。这意味着它们监测的体量以及频率将会增加8倍。

  在物理学中,引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量。1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果,因为它引入了物质相互作用的传播速度有限的概念。相比之下,引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中,因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中。可能的引力波探测源包括致密双星系统(白矮星、中子星和黑洞)。 (赵熙熙)

[责编:白璐]

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